米国华人研究军团利用人类细胞在实验室鼠中开发出胸主动脉瘤功能模型

米国华人研究军团利用人类细胞在实验室鼠中开发出胸主动脉瘤功能模型

——促进对该疾病的理解及治疗测试

一项研究表明，米国密歇根医学院的华人研究团队利用人类细胞，在实验室鼠中开发出了一种胸主动脉瘤的功能模型，为更有效地了解疾病发展和治疗这种潜在致命疾病创造了机会。

目前还没有治疗胸主动脉瘤的药物，这是一种身体最大的胸腔血管变弱和膨胀的疾病。

每10万人中大约有6到10人患胸主动脉瘤。2019年，主动脉瘤和解剖导致米国9000多人死亡。

胸主动脉瘤通常不会引起任何症状，必须通过心内直视手术进行修复。

它具有主动脉夹层或破裂的高风险，这可能是致命的。

医学博士Bo Yang（杨博，音译）指出：

几十年来，治疗胸主动脉瘤的候选药物在小鼠动脉瘤模型中取得成功，但在临床试验中未能成功转化到人类。

杨博博士是米国密歇根大学健康弗兰克尔心血管中心的心脏外科医生和基础科学家，并领导了由米国国立卫生研究院R01资助的研究小组。

杨博博士指出：

我们现在有了第一个使用人类细胞的有效的、这种疾病的3D模型。这为药物开发和更有效的筛查开辟了一条新的途径，以便在致命的主动脉夹层或破裂之前阻止动脉瘤。

为了创建这个模型，杨的研究小组使用了生物工程血管移植物(BVG)。

他们从携带导致主动脉瘤的致病变异的患者身上采集血液，提取细胞并将其重新编程为诱导多能干细胞。

这些干细胞分化为平滑肌细胞，用于生成BVG，因为平滑肌细胞为血管提供结构支持，对其功能至关重要。

然后，他们将这些平滑肌细胞植入到可生物降解的支架上，这是一种管状结构。

这些细胞生长了八周，并在此期间取代了降解材料，最终形成了稳定的、自我支撑的移植物。

密歇根大学医学院心脏外科博士后研究员、第一作者Ying Yang（杨颖，音译）博士指出：

基因突变在一个人患胸主动脉瘤的易感性中起着重要作用。

我们利用基因编辑技术来操纵人类细胞中的基因，特别是Loeys-Dietz综合征，这是一种以主动脉根部动脉瘤为特征的遗传性疾病。

为了测试动脉瘤模型的可行性，研究人员使用CRISPR/Cas9基因编辑将致病变异引入正常人类细胞中导致动脉瘤；并纠正病人细胞中的变异，培育出健康的血管移植物。将对照组和实验组BVG植入大鼠颈动脉。

随着时间的推移，与健康移植物相比，携带动脉瘤变异的生物工程移植物表现出受损的机械性能和扩张。

当健康血管没有扩张时，转基因移植物生长了大约40%——类似于人类形成的胸主动脉瘤。

研究结果于5月8日（当地时间）发表在《科学转化医学》（Science Translational Medicine）杂志上。

密歇根大学医学院心脏外科研究助理教授Dogukan Mizrak博士表示：

当我们利用这些生物工程移植物研究Loeys Dietz综合征的发病机制时，我们现在有了一个潜在的平台，可以应用于与胸主动脉瘤和夹层相关的其他致病变异。

这是重要的第一步。我们有一个基于人类细胞的模型，这使我们能够更有效地评估旨在治疗这种疾病的药物。

该研究的共同资深作者、密歇根大学医学院心血管医学Frederick G. L. Huetwell教授Eugene Chen（尤金·陈，音译）博士指出：

我们目前正在探索可以使用我们新的、更有效的模型进行测试的潜在药物。

对于动脉瘤领域的研究来说，这是一个令人难以置信的激动人心的时刻。

特别感谢所有为这项研究捐献血液的患者。

其他作者包括冯浩, M.D; 唐颖，王振国，Ph.D.; 邱平，Ph.D.; 黄西华，D.N.P.; 常林，Ph.D.; 张继峰，Ph.D., (姓名均为音译) ，均来自米国密歇根大学。

胸主动脉瘤(TAA)在Loeys-Dietz综合征(LDS)患者中形成，但重现早期人类疾病病理生理特征的体内模型有限。

Loeys-Dietz综合征伴主动脉根扩张和颈动脉扭曲

Loeys-Dietz综合征主动脉根部扩张

(A)基于主动脉树内定位的TAA亚型。胸主动脉内可分为三段：升主动脉自左心室主动脉瓣至头臂干;主动脉弓起始于第二胸肋关节，止于第四椎体，包括头颈血管;还有胸降主动脉，它越过动脉韧带并在横膈膜处结束。(B) TAA分综合征性和非综合征性。EDS, ehers - danlos综合征;LDS, Loeys-Dietz综合征;马凡氏综合症。

在这个研究中，杨 (Yang) 和同事们利用人类诱导多能干细胞衍生的血管平滑肌细胞(SMC)生成了生物工程血管移植物，并将其植入裸鼠的颈总动脉中以模拟TAA。

植入含有导致LDS的TGFBR1致病性变异的细胞的移植物，在面对血流引起的张力时显示出扩张。

研究团队发现，在未纠正的LDS移植物中，胶原相关基因的表达较低，脯氨酰羟化酶活性受损，这表明细胞外基质的特异性缺陷有助于这种疾病中TAA的形成。

原研究概要：

具有致病性TGFBR1变异的生物工程血管移植物在体内模拟动脉瘤形成并揭示潜在的胶原缺陷

胸主动脉瘤(TAA)是一种危及生命的血管疾病，通常与潜在的遗传原因有关。

由于对人类TAA发病机制的认识不足，需要建立更好的疾病模型。

在这里，上述研究团队通过结合人诱导多能干细胞(hiPSCs)、生物工程血管移植物(BVGs)和基因编辑，在动物宿主中建立了功能性人TAA模型。

他们从同基因对照的hiPSC来源的血管平滑肌细胞(SMC)和突变的SMC中生成了BVG，这些突变的SMC基因被编辑为携带Loeys-Dietz综合征(LDS)相关致病变异(TGFBR1 [A230T, 上标] )。

研究团队还使用来自LDS患者的细胞(Patient [A230T/+, 上标] )和基因校正细胞 (patient +/+) 生成了hiPSC衍生的BVG。然后将对照和实验BVG植入裸鼠颈总动脉。

TGFBR1[A230T, 上标]变异导致BVG的力学性能受损，导致破裂压力和缝合保持强度降低。携带该变异的BVG在体内随着时间的推移而扩张，类似于人类TAA的形成。

空间转录组学分析显示，与Patient+/+ BVG相比，Patient[A230T/+, 上标]BVG中细胞外基质(ECM)形成基因的表达存在缺陷。

组织学分析和蛋白质分析证实了Patient[A230T/+, 上标]BVG和患者组织的定量和定性ECM缺陷，包括胶原羟基化降低。

血管收缩试验证实，Patient[A230t /+, 上标] BVG的SMC组织也受损。用小干扰RNAs沉默胶原修饰酶可在SMC来源的组织结构中减少胶原脯氨酸羟基化。

这些研究证明了BVG在动物宿主中模拟人TAA形成的效用，并强调了胶原修饰酶活性降低在人TAA形成中的作用。

这项研究还得到了米国国立卫生研究院和米国心脏协会博士后奖学金的支持。